Method Article

חרקים שבשליטת רובוט: פלטפורמת רובוט נייד על מנת להעריך את יכולת ריח המעקב של חרק

DOI:

10.3791/54802

December 19th, 2016

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

היכולת למקם מקור ריח היא הכרחית להישרדות חרק והוא צפויה לחול על מעקב ריח מלאכותי. הרובוט שבשליטת החרקים מונע על ידי silkmoth בפועל ומאפשר לנו להעריך את יכולת מעקב הריח של חרקים באמצעות פלטפורמה רובוטית.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לוקליזציה של מקורות ריח רובוטיים הייתה תחום מאתגר וכזה שהידע הביולוגי צפוי לתרום לו, שכן מציאת מקורות ריח היא משימה חיונית להישרדות אורגניזם. חרקים הם אורגניזמים שנחקרו היטב בכל הנוגע למעקב אחר ריחות, והאסטרטגיות ההתנהגותיות שלהם יושמו על רובוטים ניידים לצורך הערכה. גישה זו "מלמטה למעלה" היא דרך בסיסית לפתח רובוטים ביומימטיים; עם זאת, הניתוחים הביולוגיים והמידול של מנגנוני התנהגות עדיין נמשכים. לכן, עדיין לא ידוע כיצד מערכת ביולוגית כזו פועלת בפועל כבקר של פלטפורמה רובוטית. כדי לענות על שאלה זו, פיתחנו רובוט הנשלט על ידי חרקים שבו עש משי בוגר זכר (Bombyx mori) נוהג במכונית רובוטית בתגובה לגירוי ריח; ניתן להתייחס לכך כאב טיפוס של רובוט חיקוי חרקים עתידי. בתא הטייס של הרובוט, עש משי קשור הלך על כדור נתמך אוויר וחיישן אופטי מדד את סיבובי הכדור. סיבובים אלה תורגמו לתנועת הרובוט הדו-גלגלי. היתרון בגישה "היברידית" זו הוא שהנסיינים יכולים לתפעל כל פרמטר של הרובוט, מה שמאפשר להעריך את יכולת מעקב הריח של חרקים ומספק הצעות שימושיות למעקב אחר ריחות רובוטיים. יתר על כן, מניפולציות אלו הן דרכים לא פולשניות לשנות את הקשר החושי-מוטורי של חרק טייס ויהוו טכניקה שימושית להבנת התנהגויות אדפטיביות.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

רובוטים אוטונומיים המסוגלים למצוא מקור ריח יכולים להיות חשובים לבטיחות ולביטחון החברה. הם יכולים לשמש לאיתור קורבנות אסון, של סמים או חומרי נפץ בשדה תעופה, ושל דליפות או דליפות של חומרים מסוכנים בסביבה. נכון לעכשיו, אנו מסתמכים לחלוטין על בעלי חיים מאומנים היטב (למשל, כלבים) למשימות אלה, ולוקליזציה של מקורות ריח רובוטיים צפויה מאוד להקל על עומס העבודה של בעלי חיים אלה. מציאת מקור ריח היא משימה מאתגרת עבור רובוטים מכיוון שריחות מופצים לסירוגין באטמוספירה1; לכן, דגימה רציפה של שיפוע ריכוז הריח אינה תמיד אפשרית. לפיכך, אסטרטגיית חיפוש המשתמשת ברמזי ריח לסירוגין נחוצה להשגת לוקליזציה רובוטית של מקור ריח2-4.

לוקליזציה של מקור ריח חיונית להישרדות אורגניזם וכוללת משימות כמו מציאת מזון, שותפים להזדווגות ואתרים להטלה. כדי להתגבר על הקושי במעקב אחר ריחות מבוזרים טלאים, אורגניזמים פיתחו אסטרטגיות התנהגותיות שונות המורכבות משתי התנהגויות בסיסיות: תנועה במעלה הזרם במהלך קליטת ריח וחציית זרם במהלך הפסקת קליטת ריח5,6. אסטרטגיות תגובתיות אלה תועדו היטב בחרקים ושולבו עם שיטות אחרות, כגון כיוון רוח וראייה5-8. המודלים ההתנהגותיים של חרקים היו גם דוגמאות שימושיות לרובוטיקה3,9-11, שבה אלגוריתמים התנהגותיים או מודלים של מעגלים עצביים מיושמים ברובוטים ניידים להערכת יכולות לוקליזציה של מקורות ריח10,12-15. מנקודת מבט ביומימטית, גישה זו "מלמטה למעלה" היא בהחלט דרך בסיסית לפתח רובוטים ביומימטיים. עם זאת, הגישה מלמטה למעלה אינה קיצור דרך להשגת אסטרטגיית חיפוש שימושית, מכיוון שניתוחים ביולוגיים עדיין נמשכים, והמודלים של המערכות החושיות-מוטוריות שמאחורי התנהגויות חרקים לא הושלם. לכן, עדיין לא ידוע כיצד מערכת ביולוגית כזו פועלת בפועל כבקר של פלטפורמה רובוטית.

במאמר זה, אנו מדגימים את הפרוטוקול של גישה פשוטה "מלמעלה למטה" לפיתוח רובוט נייד למעקב אחר ריחות הנשלט על ידי מערכת ביולוגית16,17. הרובוט נשלט על ידי חרק אמיתי וניתן להתייחס אליו כאב טיפוס של רובוטים עתידיים מחקי חרקים. בתא הטייס של הרובוט, עש משי זכר קשור (Bombyx mori) הלך על כדור נתמך אוויר בתגובה לפרומון המין הנקבי, שהועבר לכל אנטנה דרך צינורות יניקת אוויר. סיבובי הכדור שנגרמו כתוצאה מהליכה של העש על הסיפון נמדדו על ידי חיישן אופטי ותורגמו לתנועת הרובוט הדו-גלגלי. היתרון של גישה "היברידית" זו הוא שהנסיינים יכולים לחקור כיצד פועלת המערכת התחושתית-מוטורית של החרקים על הפלטפורמה הרובוטית שבה חרק טייס נמצא בלולאה סגורה בין הרובוט לנסיבות ריח אמיתיות. המניפולציה של החומרה הרובוטית משנה את הלולאה הסגורה; לכן, הרובוט הנשלט על ידי חרקים הוא פלטפורמה שימושית הן למהנדסים והן לביולוגים. עבור הנדסה, הרובוט מייצג את הצעדים הראשונים של יישום מודל ביולוגי כדי לעמוד בדרישות למשימות רובוטיות. עבור הביולוגיה, הרובוט הוא פלטפורמה ניסיונית לחקר בקרה חושית-מוטורית תחת לולאה סגורה.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. בעלי חיים הניסיונות

  1. הכן קופסת פלסטיק כדי לשמור על גלמים של silkmoths זכר (B. מורי) עד eclosion שלהם. מגבות נייר שמים בתחתית ופיסות קרטון סביב הקיר הפנימי של (איור 1 א) התיבה.
    הערה: פיסות הקרטון נחוצות העש המבוגר להחזיק תוך הארכת כנפיהם במהלך eclosion (איור 1 א).
  2. גלמים שים silkmoth הזכר (Bombyx מור i) בתיבה ולשמור אותם באינקובטור עד eclosion תחת 16-hr: אור 8-hr: חושך מחזור של 25 מעלות צלזיוס.
    הערה: הזכר וגלמים הנקבה יכולה להיות מופלים על ידי סימונים סקס על הבטן (איור 1 ב).
  3. אסוף עש זכר בוגר לאחר eclosion ולהעביר אותם לתוך קופסה חדשה.
  4. שמור על עש למבוגרים באינקובטור תחת 16-hr: אור 8-hr: חושך מחזור ולהפחית את הטמפרטורה ל 15 מעלות צלזיוס כדי להפחית את פעילותם לפני הניסוי.

2. היא קושרת Silkmoth

  1. המצאה של קובץ מצורף עבור קשירה (איור 2 א)
    הערה: הקובץ המצורף מורכב חוטי נחושת עם פס של יריעת פלסטיק דקה בקצהו. זה מבטיח את התנועה-גחון הגבי של החזה בזמן הליכה (תרשים 2B).
    1. כן רצועת יריעת פלסטיק דקה, 2 × מ"מ 40 (עובי: 0.1 מ"מ), ולקפל אותו באמצע.
    2. צרף רצועת המקופל אל קצה חוט נחושת עם דבק.
    3. לכופף את קצה הרצועה והמקופלת במקומות שבם החזה של silkmoth מצורף.
  2. השתמש עש מבוגר (2-8 ימים) במהלך תקופת האור לצורך הניסוי.
    הערה: רגישות פרומון מאוד תלויה שעון היממה 18. בגלל B. מורי הוא עש יומי, חייבת להתבצע הניסוי בתקופת האור.
  3. בעדינות להסיר את כל הכף על הדורסאל חזה (mesonotum) באמצעות פיסת רקמה רטובה (או צמר גפן) ולחשוף את לציפורן של mesonotum (איור 2 ג).
  4. דבק דבק על רצועת הפלסטיק על ההתקשרות על פני השטח של mesonotum החשוף עם מברג שטוח קטן ולהמתין 5-10 דקות עד הדבק הוא כבר לא דביק.
    הערה: ההדבקה חייבת תיגע ציר הזרוע או tegulae forewing (איור 2 ג).
  5. איגרות החוב mesonotum לקובץ המצורף.
  6. שמור על העש הקשור לפני הצבתו בתוך תא הטייס של הרובוט. החזק את הקובץ המצורף על סטנד ולשים פיסת נייר תחת הרגליים לנוח לפרפר.

רובוט 3. חרקים שבשליטה

  1. עיצוב החומרה של הרובוט שבשליטת חרקים המבוססים על יצירות קודמות 16,17,19.
    הערה: רובוט החרקים שבשליטת מורכב הליכון אוויר נתמך עם חיישן עכבר אופטי כדי captur.ה תנועה חרקים, שהותקן מבוססי AVR לוחות מיקרו לעיבוד ושליטה מוטורית, ושני מנועים ללא מברשות DC (איורים 3 ו -4). הרובוט יכול לרוץ על בסיס רוטציה הכדור עם 96% דיוק ומעלה, תוך השהיית זמן של 200 אלפיות השניה. הוא גם מבטיח את הניידות של מהירות מרבית קדימה (24.8 מ"מ / sec) ואת המהירות הזוויתית (96.3 ° / sec) של silkmoth במהלך התנהגות מעקב פרומון 16. זרימת האוויר של ההליכון (איור 5 א) ו מערכת מסירת הריח (איור 5) נועד לפרפר המשולב ללכת בצורה חלקה על הכדור לרכוש ריח ידי שתי אנטנות. הערוץ הצריך וזרימת אוויר של ההליכון מופרד מאלה של מערכת מסירת הריח כדי למנוע זיהום של פרומון.
  2. עיצוב התוכנה עבור מיקרו-בקרים המשולב מבוסס על עבודות קודמות 16.
    הערה: מיקרו המשולב מחשבת tהוא תנועות רובוט מן תנועת החרקים נמדדה עם חיישן אופטי (סיבוב, Δ x; translational, Δ y; איור 6). מרחק הנסיעות (Δ L) ולהפוך זווית (Δθ) ליחידה זמן של הרובוט מחושב על בסיס מרחק נסיעה של כל גלגל (משמאל, Δ L L; תקין, Δ L R) כגון Δ L = (Δ L L + Δ L R) / 2 ו Δθ = (Δ L L - Δ L R) / גלגל D, שבו הגלגל D הוא המרחק בין שני גלגלים (120 מ"מ). L Δ L ו- Δ L R מתוארים נוספת כמו Δ L L = Δ L x, L + Δ L y, L ו- Δ L R = Δ L x, R + Δ L y, R, שם Δ L x, L <תת /> ו- Δ L x, R הם מרחקי הנסיעה של הגלגלים על הצדדים על ימין ועל שמאל בשליטת x Δ, ו Δ L y, L ו- Δ L y, R הם אלה הנמצאים בשליטת y Δ. באופן אידיאלי, Δ L x, L ו- Δ L x, R מתוארים x Δ L, L = -Δ x L, R = G Δ x (גלגל D / כדור D), ו Δ L y, L ו- Δ L y , R מתוארים Δ L y, L = Δ L y, R = G Δ y, כאשר G הוא רווח המנוע D הכדור הוא בקוטר של הכדור (50 מ"מ). בפועל, רווח המנוע מוגדר באופן עצמאי על ידי כל צד (גלגל שמאל או ימין) ועל ידי לכל כיוון (קדימה או סיבוב לאחור) כדי לכייל את תנועת הרובוט. העליות העצמאיות נוספות לאפשר אתהגדרה של סיבוב מנוע סימטרי כדי ליצור הטית סיבוב של הרובוט (ראה שלב 6.1).
  3. שטפו את פני השטח של כדור קצף פוליסטירן לבן (מסה: כ -2 גרם; קוטר: 50 מ"מ) עם מים כדי להסיר כל רמזים חוש הריח או חזותי אפשרי.
    הערה: המשטח של כדור חדש צריך להיות הוכה עם נייר זכוכית עדין-חצץ, כגון P400, אשר מבטיחה את האחיזה של הרגליים על הכדור.
  4. הפעל את מאוורר המפוח המספק אוויר ב -9 V כדי ההליכון ומנפח את הכדור (איור 5 א). שים את הכדור לצוף כ 2 מ"מ מהחלק התחתון של הגביע.
  5. באמצעות בורג, חבר את חוטי נחושת של הקובץ המצורף עם הפרפר (ראה שלב 2) על אביזר בתא הטייס של הרובוט (ראה הבלעה איור 3). ודא כי המיקום של הרגליים באמצע הוא במרכז של (איור 7 א) הכדור.
  6. התאם את המיקום האנכי של הקובץ המצורף על מנת לאפשר העש ללכת בדרך כלל על bאת כל. להשאיר את הכדור באותו גובה לפני ואחרי הצמדת עש (איור 7).
    הערה: עמדה נמוכה מדי של הקובץ המצורף מוסיפה לחץ על העש מעורר הליכה לאחור כדי להתנגד ללחץ (איור 7C), ואילו עמדה גבוהה מדי גורמת הליכה יציבה וכישלונות של החיישן כתוצאה משינויים במצב האנכי של את הכדור (איור 7D). כדי לבדוק התנהגות הליכה רגילה, גירוי פרומון חד נפח משמש להפעלת הליכת העש (עבור גירוי פרומון, ראה שלב 4). ראוי לציין, כי גירוי הבדיקה צריכה להיות מינימלית כי חשיפה קודמת bombykol מתרגל silkmoths וירידה ברגישות שלהם (Matsuyama ו קאנזאקי, נתונים שלא פורסמו).

4. הכנת מקור ריח

הערה: זכר B. המורים רגישים המרכיב העיקרי של פרומון המין הנשי conspecific (bombykol: (E, Z) -10,12-hexadecadien-1-ol) 20. כל זיהום של ציוד הניסיון עם bombykol מעורר התנהגות מעקב הריח ומשפיע על יכולת התגובה של העש.

  1. ירידה של כ -10 μl של פתרון bombykol מומס n-הקסאן (200 ng / μl) על פיסת נייר סינון (כ 10 מ"מ × 10 מ"מ). כמות bombykol לכל פיסת נייר סינון הוא 2,000 ng.
    הערה: כדי לבדוק את התנהגות ההליכה הרגילה של העש, להכין מחסנית גירוי פרומון בשלב זה. המחסנית היא פיפטה פסטר זכוכית עם חתיכה אחת של נייר סינון המכילה 2,000 ng של bombykol. Pushing נורה מנפחת bombykol המכיל אוויר.

5. ניסוי לוקליזציה מקור הריח

  1. הפעל את המאוורר של מנהרת רוח משיכת-אוויר מסוג (1,800 × 900 × 300 מ"מ, L × W × H; איור 8) ולהגדיר את מהירות הרוח 0.7 מ '/ שנייה. ודא כי הטמפרטורה היא יותר מ -20 מעלות צלזיוס.
  2. הגדר את מקור הריח (להלן: piece של נייר סינון המכיל bombykol) במעלה הזרם של מנהרת רוח.
    ההערה: רוחב הפלומה חייב להיות מאושר לפני הניסוי באמצעות TiCl 4 17,19.
  3. הפעל את לוח מיקרו של הרובוט וליצור חיבור טורי למחשב באמצעות Bluetooth.
  4. השקת תוכנית Java מחוייט שנקרא "BioSignal," אשר מספק ממשק בין המחשב לבין הרובוט.
    הערה: החלון הראשי כולל לחצני שליחת פקודות לרובוט, חלונות טקסט להצגת הקלט והפלט של התקשורת טורית, ותיבות קטנות להגדיר פרמטרים. הפקודות הבאות נשלחות על ידי לחיצה על לחצנים מתאימים בתכנית זו, למעט לכיד וידאו.
  5. הקש על "על מכשיר" כדי לאשר את הקשר על ידי שליחת פקודה לרובוט דרך יציאת COM שצוין ולבדוק כי הודעה מוחזרת על ידי הרובוט.
  6. לחץ על "המזכרר"י למחוק "כדי למחוק את נתוני תנועה קודמים עזבו על זיכרון הבזק המשולב.
  7. לחץ על כפתור "drivemode1" לשלוח את רווחי מנוע ברירת המחדל אל הרובוט.
    הערה: המניפולציות של רווחי מנוע השהיית הזמן בין תנועת חרקים ותנועת רובוט מוחלות לאחר שלב זה (ראה צעדים 6.1 ו -6.3, איור 9).
  8. הקש על "לא נוהג" על מנת לשלוח פקודה כדי לשתק את הרובוט עד הניסוי מתחיל.
  9. שים את הרובוט במיקום התחלה (600 מ"מ במורד זרם ממקור הריח) ולהדליק את המתג של לוח נהג מנוע.
  10. לחץ על כפתור ההקלטה של ​​מצלמת הווידאו להתחיל לכידת וידאו.
  11. לחץ על כפתור "התחל rec" כדי לשלוח פקודה מתחילתו ועד ליזום את הרובוט עם הקלטה בו זמנית של סיבוב הכדור על זיכרון הבזק המשולב. שים לב כי הרובוט מתחיל לנוע ועוקב פלומת הריח.
  12. הקלק על ה"עצור הקלטה" ו "לא נוהגים" כפתורים כדי לשלוח פקודות לעצור הן את תנועת הרובוט ואת ההקלטה אם הרובוט מבצע לוקליזציה מקור הריח.
  13. לחץ על כפתור ההקלטה של ​​המצלמת להפסיק לכידת וידאו.
  14. הורד רשם נתוני תנועה מזיכרון פלאש המשולב למחשב באמצעות חיבור טורים. סגור את התוכנית.

מניפולציה 6. של רובוט שבשליטת חרקים

הערה: התזמון של כל מניפולציה מופיע באיור 9.

  1. מניפולציה של רווח מנוע
    הערה: מניפולציה זו משנה את מהירות translational ואת הסיבוב של הרובוט. רווחי מנוע סימטרי ליצור הטיה מחרטות, אשר ניתן להשתמש בהם כדי לחקור כיצד חרקים לפצות על הטיה 17.
    1. הגדר את רווחי רוטציה לאלקטרו קדימה וסיבוב לאחור של המנוע בכל צד 17 (6 ב איור) על ידי ה עריכתקובץ תצורת הדואר בשם "param2.txt" בעזרת עורך טקסט.
    2. הקישו על "param2 להגדיר" לקרוא את קובץ ההגדרות נערך בתוכנה. לאחר מכן, לחץ על "drivemode2" לשלוח את רווחי מניפולציות אל הרובוט.
  2. היפוך של הפלט תנועתי
    הערה: מניפולציה זו מספקת למצב דומה ההיפוך של קלט ריח הבילטרליים (ראה שלב 6.4) והוא יכול לשמש כדי לחקור את המשמעות של חוש ריח בין שתי מדינות. עם זאת, ההיפוך של פלט מנוע גם גורם להיפוך תנועה חזותית גרימה עצמית של עש משולב. השפעת הקלט החזותי העצמי מושרה ההפוך יכולה להיות מוערכת על ידי השוואה עם קלט הריח ההפוך 19.
    1. הפוך את השליטה המוטורית הדו-הצדדית על ידי חציית הכבלים המלאים לכל מנוע.
  3. מניפולציה של השהיית הזמן בין תנועת חרקים ותנועת רובוט.
    הערה: מניפולציה זומאפשר לחקירת תקופת מקובל הזמן המושקע על עיבוד חושי-מוטורי עבור ריח מעקב רובוטית. מייקרו מאחסן את נתוני תנועה על מאגר זיכרון ואז מעבד אותם לאחר עיכוב הזמן המוגדר. שים לב יש הרובוט עיכוב זמן מרבי פנימי של 200 msec; ולכן, השהיית הזמן בפועל צפויה להיות עיכוב זמן המוגדר בתוספת 200 16,17 msec.
    1. קלט מספר (0-10) בתוך קופסא קטנה של החלון הראשי כדי לציין שהייה מ 0-1,000 msec ב צעדי 100 msec.
    2. לחץ על כפתור "עיכוב להגדיר" כדי להחיל את זמן ההשהיה.
  4. מניפולציה של קלט הריח.
    הערה: מניפולציה זו יכולה לשמש כדי לחקור את המשמעות של קלט ריח בין שתי מדינות. כיוון הנחשול של silkmoths מוטה בצד-הריכוז הגבוה 22.
    1. שנה את הפער בין קצות צינור יניקה או להפוך את עמדותיהם כדי לשנות אתהבדל בריכוז ריח נרכש על ידי כל אנטנה.
  5. מניפולציה של קלט חזותי
    הערה: מניפולציה זו היא לחקור את התפקיד של קלט חזותי עבור מעקב ריח.
    1. מכסה את החופה עם נייר לבן חוסם 105 ° ו -90 ° של שדה הראייה האופקי והאנכי של העש המשולב, בהתאמה.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מציגים כאן את המאפיינים הבסיסיים של הרובוט שבשליטת החרקים הנדרש הלוקליזציה המוצלחת של מקור ריח. ההשוואה בין הרובוט לבין silkmoths, את האפקטיביות של מערכת מסירת הריח, ואת המשמעות של חוש ריח הבילטרליים מדויק קלט ויזואלי נבחנת.

ההשוואה של התנהגויות-מעקב ריח בין עש-הליכה בחופשיות הרובוט שבשליטת חרקים מוצג באיור 10A ו- B.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הנקודות החשובות ביותר עבור השליטה המוצלחת של הרובוט על ידי silkmoth נותנות העש ללכת בצורה חלקה על הכדור נתמך-האוויר ואת ביציבות מדידת סיבוב הכדור. לכן, קושרים את silkmoth ו לתלות אותו על הכדור במיקום המתאים הם השלבים הקריטיים בפרוטוקול זה. הדבקה לא ראויה של העש לקובץ המצורף או המיצוב הולם של העש על הכדור תגרום לחץ טבעי על זה, אשר מדאיג התנהגות ההליכה הרגילה שלה ו / או גורם כישלון של החיישן האופטי למדוד את סיבוב הכדור. חספוס בכדור קלקר כמו כן, חשוב למנוע עש מן החלקה. התנועה של העש ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מודים לשיגרו מטסויאמה על סיפוק בומביקול מטוהרת. העבודה הזו נתמכה על ידי האגודה היפנית לקידום המדע KAKENHI (מספרי מענקים 22700197 ו-24650090) ותוכנית מדעי הגבול האנושי (HFSP).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
עש משי בוגר זכר (Bombyx mori)מגדל מביצים, או נרכש כגלם.
חממתPanasonicMIR-254אחסן גלמים או עש משי בוגרים בטמפרטורה קבועה, 238 ליטר.
קופסת פלסטיקSunplatecO-3חנות גלמים או עש משי בוגרים, 299 ופעמים; 224 ופעמים; 62 מ"מ L ופעמים; W & Times; ח.
נחושתבקוטר 2 מ"מ לקובץ המצורף. כל מוט קשיח יכול לשמש כחלופה להפיכת החיבור לקשירת עש משי. 
יריעת פלסטיקKokuyoVF-1420Nנמכר כסרט מקרן עילי בעובי של 0.1 מ"מ. השתמש בקצה הקובץ המצורף.
מלקחייםכאחד5SAהסר קשקשים על בית החזה.
דבקKonishiG17הצמד עש משי לקובץ המצורף.
רובוט נשלט על ידי חרקיםמותאם אישיתהליכון נתמך אוויר, חיישן אופטי, לוחות מיקרו-בקר מבוססי AVR שנבנו בהתאמה אישית ושני מנועים ללא מברשות DC. הוא מופעל על ידי 8 ופעמים; AA ו-3 ופעמים; 006P.
מיקרו-בקרAtmelATMEGA8רכיב של הרובוט הנשלט על ידי חרקים.
מפוח DCNidecA34342-55רכיב של הרובוט הנשלט על ידי חרקים להצפת כדור בהליכון נתמך אוויר.
מאוורר DCMinebea1606KL-04W-B50רכיב של הרובוט הנשלט על ידי חרקים לשאיבת אוויר המכיל ריח.
חיישן עכבר אופטיטכנולוגיות AgilentHDNS-2000רכיב של הרובוט הנשלט על ידי חרקים, המתקבל מעכבר אופטי (M-GUWSRSV, Elecom, יפן).
מנוע ללא מברשותMaxonEC-45רכיב של הרובוט הנשלט על ידי חרקים להנעת גלגל.
פוליסטירן לבןמרכיב של הרובוט הנשלט על ידי חרקים. קוטר 50 מ"מ, מסה כ -2 גרם.
בומביקול:
(E,Z)-10,12-hexadecadien-1-ol
Shin-Etsu כימיסינתזה מותאמת אישית.
n-hexaneWako085-00416ממס לבומביקול.
מנהרת רוחמותאם אישיתסוג משיכת אוויר, בגודל 1,800 ופעמים; 900 ופעמים; 300 מ"מ L ופעמים; W & Times; ח.
תוכנית BioSignalמותאמת אישיתתוכנית ליצירת תקשורת סדרתית בין הרובוט הנשלט על ידי חרקים למחשב באמצעות Bluetooth. משמש לשליחת פקודות להתנעה/עצירה של הרובוט או להגדרת המאפיינים המוטוריים שלו.
מצלמת וידיאוSonyHDR-XR520Vלכידת תנועות רובוט.
חוט נושא כדור

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Murlis, J., Jones, C. D. Fine-scale structure of odor plumes in relation to insect orientation to distant pheromone and other attractant sources. Physiol Entomol. 6, 71-86 (1981).
  2. Vergassola, M., Villermaux, E., Shraiman, B. I. 'Infotaxis' as a strategy for searching without gradients. Nature. 445, 406-409 (2007).
  3. Kowadlo, G., Russell, R. A. Robot Odor Localization: A Taxonomy and Survey. The International Journal of Robotics Research. 27, 869-894 (2008).
  4. Hernandez Bennetts, V., Lilienthal, A. J., Neumann, P. P., Trincavelli, M. Mobile robots for localizing gas emission sources on landfill sites: is bio-inspiration the way to go. Frontiers in neuroengineering. 4, 20(2011).
  5. Vickers, N. J. Mechanisms of animal navigation in odor plumes. Biol Bull. 198, 203-212 (2000).
  6. Willis, M. A. Chemical plume tracking behavior in animals and mobile robots. Navigation. 55, 127-135 (2008).
  7. Carde, R. T., Willis, M. A. Navigational strategies used by insects to find distant, wind-borne sources of odor. J Chem Ecol. 34, 854-866 (2008).
  8. Frye, M. A. Multisensory systems integration for high-performance motor control in flies. Curr Opin Neurobiol. 20, 347-352 (2010).
  9. Russell, R. A. Survey of robotic applications for odor-sensing technology. The International Journal of Robotics Research. 20, 144-162 (2001).
  10. Russell, R. A., Bab-Hadiashar, A., Shepherd, R. L., Wallace, G. G. A comparison of reactive robot chemotaxis algorithms. Robot Auton Syst. 45, 83-97 (2003).
  11. Ishida, H., Nakamoto, T., Moriizumi, T., Kikas, T., Janata, J. Plume-tracking robots: a new application of chemical sensors. Biol Bull. 200, 222-226 (2001).
  12. Webb, B., Harrison, R. R., Willis, M. A. Sensorimotor control of navigation in arthropod and artificial systems. Arthropod Struct Dev. 33, 301-329 (2004).
  13. Kanzaki, R. How does a microbrain generate adaptive behavior. Int Congr Ser. 1301, 7-14 (2007).
  14. Kanzaki, R., Ando, N., Sakurai, T., Kazawa, T. Understanding and reconstruction of the mobiligence of insects employing multiscale biological approaches and robotics. Adv Robotics. 22, 1605-1628 (2008).
  15. Ravel, N., et al. Multiphasic on/off pheromone signalling in moths as neural correlates of a search strategy. Plos One. 8, 61220(2013).
  16. Emoto, S., Ando, N., Takahashi, H., Kanzaki, R. Insect-controlled robot-evaluation of adaptation ability. J Robot Mechatronics. 19, 436-443 (2007).
  17. Ando, N., Emoto, S., Kanzaki, R. Odour-tracking capability of a silkmoth driving a mobile robot with turning bias and time delay. Bioinspir Biomim. 8, 016008(2013).
  18. Gatellier, L., Nagao, T., Kanzaki, R. Serotonin modifies the sensitivity of the male silkmoth to pheromone. J Exp Biol. 207, 2487-2496 (2004).
  19. Ando, N., Kanzaki, R. A simple behaviour provides accuracy and flexibility in odour plume tracking - the robotic control of sensory-motor coupling in silkmoths. J. Exp. Biol. 218, 3845-3854 (2015).
  20. Kaissling, K. E. Insect olfaction. Handbook of Sensory Physiology Vol. 4. Beidler, L. M. , Springer-Verlag. 351-431 (1971).
  21. Kanzaki, R., Sugi, N., Shibuya, T. Self-generated zigzag turning of Bombyx mori males during pheromone-mediated upwind walking. Zool Sci. 9, 515-527 (1992).
  22. Takasaki, T., Namiki, S., Kanzaki, R. Use of bilateral information to determine the walking direction during orientation to a pheromone source in the silkmoth Bombyx mori. J Comp Physiol. A. 198, 295-307 (2012).
  23. Kanzaki, R. Coordination of wing motion and walking suggests common control of zigzag motor program in a male silkworm moth. J Comp Physiol A. 182, 267-276 (1998).
  24. Pansopha, P., Ando, N., Kanzaki, R. Dynamic use of optic flow during pheromone tracking by the male silkmoth, Bombyx mori. J Exp Biol. 217, 1811-1820 (2014).
  25. Loudon, C., Koehl, M. A. R. Sniffing by a silkworm moth: Wing fanning enhances air penetration through and pheromone interception by antennae. J. Exp. Biol. 203, 2977-2990 (2000).
  26. Lebedev, M. A., Nicolelis, M. A. L. Brain-machine interfaces: past, present and future. Trends Neurosci. 29, 536-546 (2006).
  27. Ejaz, N., Peterson, K. D., Krapp, H. G. An experimental platform to study the closed-loop performance of brain-machine interfaces. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2011).
  28. Minegishi, R., Takashima, A., Kurabayashi, D., Kanzaki, R. Construction of a brain-machine hybrid system to evaluate adaptability of an insect. Robot Auton Syst. 60, 692-699 (2012).
  29. Martinez, D., Arhidi, L., Demondion, E., Masson, J. B., Lucas, P. Using insect electroantennogram sensors on autonomous robots for olfactory searches. Journal of visualized experiments : JoVE. , e51704(2014).
  30. Ortiz, L. I. A mobile electrophysiology board for autonomous biorobotics. , The University of Arizona. MS thesis (2006).
  31. Bohil, C. J., Alicea, B., Biocca, F. A. Virtual reality in neuroscience research and therapy. Nat Rev Neurosci. 12, 752-762 (2011).
  32. Dombeck, D. A., Reiser, M. B. Real neuroscience in virtual worlds. Curr Opin Neurobiol. 22, 3-10 (2012).
  33. Roth, E., Sponberg, S., Cowan, N. J. A comparative approach to closed-loop computation. Curr Opin Neurobiol. 25, 54-62 (2014).
  34. Leinweber, M., et al. Two-photon calcium imaging in mice navigating a virtual reality environment. Journal of visualized experiments : JoVE. , e50885(2014).
  35. Takalo, J., et al. A fast and flexible panoramic virtual reality system for behavioural and electrophysiological experiments. Sci Rep. 2, 324(2012).
  36. Bahl, A., Ammer, G., Schilling, T., Borst, A. Object tracking in motion-blind flies. Nat Neurosci. 16, 730-738 (2013).
  37. Bellmann, D., et al. Optogenetically Induced olfactory stimulation in Drosophila larvae reveals the neuronal basis of odor-aversion behavior. Front Behav Neurosci. 4, 27(2010).
  38. Gaudry, Q., Hong, E. J., Kain, J., de Bivort, B. L., Wilson, R. I. Asymmetric neurotransmitter release enables rapid odour lateralization in Drosophila. Nature. 493, 424-428 (2013).
  39. Tabuchi, M., et al. Pheromone responsiveness threshold depends on temporal integration by antennal lobe projection neurons. Proc Natl Acad Sci U S A. 110, 15455-15460 (2013).
  40. Schulze, A., et al. Dynamical feature extraction at the sensory periphery guides chemotaxis. Elife. 4, 06694(2015).
  41. Duistermars, B. J., Chow, D. M., Frye, M. A. Flies require bilateral sensory input to track odor gradients in flight. Curr Biol. 19, 1301-1307 (2009).
  42. Gomez-Marin, A., Duistermars, B. J., Frye, M. A., Louis, M. Mechanisms of odor-tracking: multiple sensors for enhanced perception and behavior. Front Cell Neurosci. 4, 6(2010).
  43. Sakurai, T., et al. A single sex pheromone receptor determines chemical response specificity of sexual behavior in the silkmoth Bombyx mori. Plos Genet. 7, (2011).
  44. Tripathy, S. J., et al. Odors pulsed at wing beat frequencies are tracked by primary olfactory networks and enhance odor detection. Front Cell Neurosci. 4, 1(2010).
  45. Daly, K. C., Kalwar, F., Hatfield, M., Staudacher, E., Bradley, S. P. Odor detection in Manduca sexta is optimized when odor stimuli are pulsed at a frequency matching the wing beat during flight. Plos One. 8, 81863(2013).
  46. Szyszka, P., Gerkin, R. C., Galizia, C. G., Smith, B. H. High-speed odor transduction and pulse tracking by insect olfactory receptor neurons. Proc Natl Acad Sci USA. 111, 16925-16930 (2014).
  47. Harvey, D., Lu, T. F., Keller, M. Odor sensor requirements for an insect inspired plume tracking mobile robot. Proceedings of'The 2006 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics. , 130-135 (2006).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Insect controlled RobotOdor tracking CapabilitySilkmoth ControllerMobile Robot PlatformAir supported BallOptical Sensor MeasurementWind Tunnel SetupPheromone StimulationMotor Gain ManipulationOlfactory Input Alteration

Related Articles